CN220731524U - 功率模块 - Google Patents

Abstract

本公开涉及有功率模块。一种功率模块，包括支撑件，支撑件上的第一控制接触区域，支撑件上的第二控制接触区域，第一电子功率器件，第二电子功率器件，第一夹具，第二夹具，第三夹具，以及嵌入支撑件、第一和第二电子功率器件以及部分嵌入第一、第二和第三夹具的封装。第一电子功率器件具有电耦合到第一夹具的第一导电焊盘，电耦合到第三夹具的第二导电焊盘，以及耦合到第一控制接触区域的控制焊盘。第二电子功率器件具有电耦合到第三夹具的第一导电焊盘，电耦合到第二夹具的第二导电焊盘，以及耦合到第二控制接触区域的控制焊盘。利用本公开的实施例，本公开的实施例有利地减小尺寸和寄生电感，这允许高功率密度，提供电耦合的高可靠性。

Description

功率模块

技术领域

本公开涉及具有可缩放架构和改善布局的功率模块。

背景技术

特别地，本功率模块实现了半桥拓扑结构，并且可用于逆变器，整流器，静态相位补偿器，用于汽车领域中的电动机的驱动器件，用于一般的电动运输器件的驱动器件，工业或家用驱动器件(例如在大型“白色”工业器件中，在诸如洗衣机等的大型家用电器中)，以及其他应用。

模块通常封装在绝缘材料的封装体中，例如模制环氧树脂，或者使用凝胶封装技术制成，其中塑料盒填充有绝缘凝胶并封装部件。在这两种情况下，封装具有大致平行六面体的形状，具有两个主(顶部和底部)表面和四个较小面积的侧表面，具有从其突出的用于电耦合的引线。其它信号引线也可以从顶面延伸。

具有半桥拓扑结构的功率模块包括布置在图案化的金属和/或陶瓷基板上的多个(至少两个)集成电子器件。基板通常由称为引线框的导电掩模连接和支撑，所述导电掩模由也可形成功率模块的引线的平面导电材料片获得。

这需要相当大的布局复杂性以避免寄生部件，通常是寄生电感，并且需要精确的设计以确保间隙隔离距离(“间隙和爬电距离”)并且不允许有效利用可用空间。

此外，由于需要保持间隙距离，功率模块的整体尺寸不能随意减小。

此外，不容易根据具体设计修改和调整外部引线的类型及其与外部连接元件的连接。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种功率模块，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

本公开的一方面提供了一种功率模块，包括：支撑件；第一控制接触区域，在支撑件上；第二控制接触区域，在支撑件上；第一电子功率器件，具有第一主面和第二主面、第一主面上的第一导电焊盘、第二主面上的第二导电焊盘和第二主面上的控制焊盘；第二电子功率器件，具有第一主面和第二主面、第一主面上的第一导电焊盘、第二主面上的第二导电焊盘和第二主面上的控制焊盘；第一夹具；第二夹具；第三夹具；以及封装件，嵌入支撑件、第一电子功率器件和第二电子功率器件，并且封装件部分地嵌入第一夹具、第二夹具和第三夹具，其中第一电子功率器件具有电耦合到第一夹具的第一导电焊盘、电耦合到第三夹具的第二导电焊盘、以及耦合到第一控制接触区域的控制焊盘；以及第二电子功率器件具有电耦合到第三夹具的第一导电焊盘、电耦合到第二夹具的第二导电焊盘、以及耦合到第二控制接触区域的控制焊盘；第一功率器件和第二电子功率器件形成半桥电路。

根据一个或多个实施例，其中第一电子功率器件相对于第二电子功率器件围绕在第一电子功率器件和第二电子功率器件之间延伸的支撑中轴线被翻转。

根据一个或多个实施例，功率模块进一步包括第三电子功率器件和第四电子功率器件；第三电子功率器件具有第一主面和第二主面、第一主面上的第一导电焊盘、第二主面上的第二导电焊盘和第二主面上的控制焊盘；第四电子功率器件具有第一主面和第二主面、第一主面上的第一导电焊盘、第二主面上的第二导电焊盘和第二主面上的控制焊盘；第三电子功率器件具有电耦合到第三夹具的第二导电焊盘、电耦合到第一夹具的第一导电焊盘以及耦合到第一控制接触区域的控制焊盘；以及第四电子功率器件具有电耦合到第三夹具的第一导电焊盘、电耦合到第二夹具的第二导电焊盘、以及耦合到第二控制接触区域的控制焊盘。

根据一个或多个实施例，其中第三电子功率器件相对于第四电子功率器件围绕支撑中轴线被翻转。

根据一个或多个实施例，功率模块还包括金属导电体，金属导电体将第二电子功率器件的控制焊盘耦合到第二控制接触区域。

根据一个或多个实施例，功率模块还包括金属导电体，金属导电体将第一电子功率器件的控制焊盘耦合到第一控制接触区域。

根据一个或多个实施例，其中第一夹具和第二夹具形成从封装件的第一侧突出的相应功率引脚，并且第三夹具具有从封装件的与第一侧相对的第二侧突出的相应功率引脚。

根据一个或多个实施例，其中第一夹具和第二夹具具有彼此叠加并且通过封装件彼此电绝缘的部分。

根据一个或多个实施例，功率模块进一步包括：第一栅极连接元件，耦合到第一控制接触区域；以及第二栅极连接元件，耦合到第二控制接触区域；第一栅极连接元件和第二栅极连接元件横向于支撑件延伸并且具有从封装件的主表面突出的相应端部。

根据一个或多个实施例，其中第一夹具和第二夹具形成从封装件的第一侧突出的相应功率引脚，并且第三夹具具有从封装件的与第一侧相对的第二侧突出的相应功率引脚，其中封装件的第一侧和第二侧横向于封装件的主表面延伸。

根据一个或多个实施例，功率模块进一步包括相接触区域，相接触区域在支撑件上延伸并且电耦合到第三夹具；其中第一电子功率器件具有面向支撑件的第二主面和电耦合到相接触区域的第二导电焊盘；第二电子功率器件具有面向支撑件的第一主表面，第一导电焊盘电耦合到相接触区域；第一夹具覆盖第一电子功率器件的第一主表面并且被耦合到第一电子功率器件的第一导电焊盘，以及第二夹具覆盖第二电子功率器件的第二主面，并且被耦合到第二电子功率器件的第二导电焊盘。

根据一个或多个实施例，功率模块进一步包括：支撑件上的第一导电接触区域，第一导电接触区域电耦合到第一夹具；以及支撑件上的第二导电接触区域，第二导电接触区域电耦合到第二夹具；其中第一电子功率器件具有面向支撑件的第一主表面，并且第一导电焊盘被电耦合到第一传导接触区域；第二电子功率器件具有面向支撑件的第二主面，并且第二导电焊盘被电耦合到第二传导接触区域；第三夹具面向第一电子功率器件的第二主面和第二电子功率器件的第一主面，并且第三夹具被耦合到第一电子功率器件的第二导电焊盘和第二电子功率器件的第一导电焊盘。

根据一个或多个实施例，功率模块进一步包括：第一辅助连接元件，第一辅助连接元件通过支撑件上的第一辅助接触区域耦合到第一夹具；第二辅助连接元件，第二辅助连接元件通过支撑件上的第二辅助接触区域耦合到第二夹具；以及第三辅助连接元件，第三辅助连接元件通过支撑件上的相接触区域耦合到第三夹具，第一辅助连接元件、第二辅助连接元件和第三辅助连接元件横向于支撑件延伸并且具有从封装件的主表面突出的相应部分。

根据一个或多个实施例，其中支撑件、第一控制接触区域和第二控制接触区域是多层基板的一部分，多层基板包括：形成第一控制接触区域和第二控制接触区域的第一导电层，形成面向功率模块的外表面的散热元件的第二导电层，以及插置在第一导电层和第二导电层之间并且形成支撑件的绝缘层。

根据一个或多个实施例，其中第一电子功率器件和第二电子功率器件是功率MOSFET。

本公开的另一方面提供了一种功率模块，包括：支撑件，包括第一夹具、第二夹具、第三夹具、第一接触区域、以及第二接触区域；以及半桥电路，包括：第一电子器件，具有耦合到第一夹具的第一导电焊盘，电耦合到第二夹具的第二导电焊盘，以及耦合到第一控制接触区域的控制焊盘；以及第二电子器件，具有电耦合到第二夹具的第一导电焊盘、电耦合到第三夹具的第二导电焊盘、以及耦合到第二控制接触区域的第二电子器件的控制焊盘。

根据一个或多个实施例，功率模块包括封装件，封装件嵌入支撑件以及第一电子功率器件和第二电子功率器件并且部分地嵌入第一夹具、第二夹具和第三夹具。

利用本公开的实施例，本公开的实施例有利地减小尺寸和寄生电感，这允许高功率密度，提供电耦合的高可靠性。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参照附图仅通过非限制性示例来描述其一些实施例，其中：

图1是根据一个实施例的可用本功率模块获得的半桥电路的等效电路图。

图2是根据一个实施例的本功率模块的实施例的俯视图，包括封装在封装中的四个功率器件。

图3是根据一个实施例的图2的功率模块的底部透视图。

图4是根据一个实施例的没有封装件的图2的功率模块的顶部透视图。

图5是根据一个实施例的没有封装件的图2的功率模块的俯视图。

图6是根据一个实施例的图2的没有连接夹的图2的功率模块的俯视图。

图7是根据一个实施例的具有虚线功率器件的图2的功率模块的基板的顶视图。

图8－图10是根据一个实施例的在图2的功率模块中使用的连接夹的俯视图。

图11A－图11D示出了根据一个实施例的在半桥电路包括用于半桥电路的每个开关的一至八个功率器件的情况下基板的一部分的可能配置。

图12A和图12B是根据一个实施例的本功率模块的其它不同配置的顶视图，其特征分别在于用于半桥电路的每个开关的三个器件和四个电子功率器件。

图13是根据一个实施例的本功率模块的又一可能配置的俯视图。

图14是根据一个实施例的具有虚线功率器件的图13的功率模块的基板的顶视图。

图15是根据一个实施例的在图2的功率模块中使用的其他连接夹的俯视图。

图16是根据一个实施例的在图2的功率模块中使用的另外的连接夹的俯视图。

以下描述涉及所示的布置；因此，诸如“上面”，“下面”，“顶部”，“底部”，“右”，“左”的表述涉及附图，并且不旨在以限制的方式。

具体实施方式

图1示出了由下面参考图2－图14描述的功率模块实现的半桥电路1的电路图。

已知类型的半桥电路1包括串联连接的两个功率MOSFET晶体管3，4(也称为顶部晶体管3和底部晶体管4)，这里是N沟道晶体管。

顶部和底部晶体管3，4可以是任何类型，例如电荷平衡晶体管(也称为“超结”晶体管)，碳化硅垂直功率MOSFET晶体管，氮化镓(GaN)平面功率MOSFET晶体管或其它三端子(源极，漏极，栅极)功率器件。

半桥电路1具有第一端子10，第二端子11，第三端子12，第四端子13和第五端子14。

半桥电路1的第一端子10耦合到顶部晶体管3的漏极端；半桥电路1的第二端子11耦合到顶部晶体管3的栅极端子；半桥电路1的第三端子12耦合到顶部晶体管3的源极端子和底部晶体管4的漏极端子；半桥电路1的第四端子13与底部晶体管4的栅极端子耦合；第五端子14耦合到底部晶体管4的源极端子。

实现半桥电路1的功率模块2的实施例在图2－图14中示出并在下面描述。

特别地，图2－图10示出了功率模块2的第一实施例。

在此，功率模块2包括通常为平行六面体形状的绝缘材料(例如树脂)的封装9，其具有四个侧表面5，第一主表面6和第二主表面7(图3)。

封装9可以使用凝胶封装技术模制或制造，其中塑料盒填充有绝缘凝胶并且具有突出的引线，绝缘凝胶封装部件。

在下文中，在有助于理解的情况下，侧表面5也被称为第一侧表面5A；与第一侧表面5A相对的第二侧表面5B，与第一和第二侧表面5A，5B相邻(adjacent)且邻接(contiguous)的第三侧表面5C；以及与第三侧表面5C相对的第四侧表面5D。

在图3中，第二主表面7包括散热区域8，例如在封装7的模制期间嵌入的金属区域。

第一，第二和第三功率引脚15－17在此从两个相对的侧表面5突出，并且是三个金属带(在下文中也称为第一，第二和第三夹具20，21，22)的一部分，在图4－图10的实施例中，这三个金属带分别将图1的半桥电路1的第一端子10，第五端子14和第三端子12耦合到外部，如下面详细描述的。

具体地，在此，第一和第二功率引脚15，16从第一侧表面5A突出并且总体上旨在接收电源电位(DC+，DC－)；第三功率引脚17从第二侧表面5B突出，并且通常用于连接到负载(未示出)。

图1的半桥电路1的第一端子10，第三端子12和第五端子14(以及第二和第四端子11，13)也通过信号连接25与外部耦合，如下面详细解释的。

功率模块2还包括基板27，基板27上连接有电子功率器件28。电子功率器件28可以被焊接或烧结(粉末烧结)。

在图4－图10的实施例中，电子功率器件28是四个，在有用的地方标识为第一，第二，第三和第四器件28.1，28.2，28.3和28.4。

详细地，这里，电子功率器件28并排地、两个接两个地布置为规则的矩阵，并且精确地，在图6的顶视图中，第一和第三器件28.1，28.3并排地布置在基板27的左半部分上并且实现顶部晶体管3；第二和第四器件28.2，28.4布置在基板27的右半部分上并实现底部晶体管4。

电子功率器件28是具有在第一主面上延伸的漏极焊盘30(形成第一导电焊盘并且在图6中对于第一和第三器件28.1，28.3可见)的类型；源极焊盘31(形成第二导电焊盘并且对于第二和第四器件28.2，28.4可见)在与第一主面相对的第二主面上延伸；以及栅极焊盘32(形成控制焊盘并且对于第二和第四器件28.2，28.4可见)也在第二主面上延伸。

每个电子功率器件28的栅极焊盘32布置在相应器件28的四个角之一附近。

如从上面明显的并且在图7中用虚线示出的，电子功率器件28被布置成围绕功率模块2的中间竖直轴线(图6和7中的A)相互翻转，即第一和第三器件28.1，28.3被布置成源极和栅极焊盘31，32面向基板27并且漏极焊盘30面向相对的方向；第二和第四器件28.2，28.4被设置为漏极焊盘30面向基板27，并且源极和栅极焊盘31，32面向相对的方向。

此外，电子功率器件28相对于中间水平轴线(图6和7中的B)对称地布置，该中间水平轴线将第一器件28.1与第三器件28.3分开(以及将第二器件28.2与第四器件28.4分开)。

这里，形成顶部晶体管3(28.1和28.3)或底部晶体管4(28.2和28.4)的两个功率器件28的栅极焊盘32彼此面向，并且被布置为靠近中间水平轴线B，面向基板27的外围，用于其简单连接，如下面详细解释的。

基板27用于电子功率器件28的支撑和电耦合，并且在此由多层形成，例如DBC(直接结合铜)基板或AMB(活性金属钎焊)基板。例如，基板27(图4)可以包括第一导电层，该第一导电层典型地由诸如铜的金属制成，该第一导电层形成散热区域8并且因此用相同的附图标记表示(图3和图4)；叠加在散热区域8上的例如陶瓷的绝缘中间层35；以及第二导电层36，通常由诸如铜的金属制成，其叠加在中间层35上。

其布局在图6和图7中可见的第二导电层36被特定地图案化，并形成通过分离线37彼此电绝缘的多个接触区域36A－36G，例如通过在其整个厚度上去除第二导电层36的材料而获得。

详细地，接触区域36A－36G可以包括主区域36A，该主区域36A大致位于中央，(部分地)位于第一和第三器件28.1，28.3的源极焊盘31下方并且与第二和第四器件28.2，28.4的漏极焊盘30直接接触；第一栅极接触区域36B，其(部分地)位于第一和第三器件28.1，28.3的栅极焊盘32的下面并与之直接接触，如图7中虚线所示；第二栅极接触区域36C，设置在第二和第四器件28.2，28.4的栅极焊盘32的外围和附近；漏极接触区域36D，其布置在功率模块2的外围，横向于第一和第三器件28.1，28.3中的一个(在图6中，与第一器件28.1并排)，并且通过第一夹具20电耦合到第一和第三器件28.1，28.3的漏极焊盘30，如下面更详细描述的；源极接触区域36E，其布置在功率模块2的外围，横向于第二和第四器件28.2，28.4中的一个(在图6中，与第二器件28.2并排)并且通过第二夹具21电耦合到第二和第四器件28.2，28.4的源极焊盘31，如下面更详细描述的；以及第一热接触区域36F和第二热接触区域36G，所述第一热接触区域36F和第二热接触区域36G布置在功率模块2的外围，在此靠近第三器件28.3和第四器件28.4。

导线38在第二和第四器件28.2，28.4的栅极焊盘32与在端部焊接的第二栅极接触区域36C之间延伸。

如下面详细讨论的和在图4中清楚可见的，主区域36A和接触区域36B－36G的两个侧面部分被布置在基板27的外围附近以及封装件9(图3)的第三和第四侧表面5C，5D的外围附近，并且通过信号连接25耦合到外部。

回到图4、图5，如图所示，第一和第二夹具20，21在电子功率器件28上延伸并直接接触它们。

详细地，在这里所示的功率模块2中，第一夹具20(也参见图8)具有基本上细长的形状，其具有主要部分20A。

第一夹具20的主要部分20A在第一和第三器件28.1，28.3的漏极焊盘30(图6)上方延伸并与其直接电接触。

第一夹具20还具有在漏极接触区域36D的高度处相对于主部分20A横向延伸的突起20B(图7)，并且与后者直接电接触。

第一夹具20在此具有从其自身主要部分20A的一端横向延伸的翼部20C。第一夹具20的翼部20C在此布置在下方，并具有与第二夹具21的相应翼部相同的形状(下面描述)，因此在图5中不可见。

连接部分20D在第一夹具20的翼部20C和第一功率引脚15之间延伸。

第一夹具20(具体参见图4)具有三维形状，这允许第一夹具20与第一和第三器件28.1，28.3的漏极焊盘30以及漏极接触区域36D(图6，7)直接电接触，从而保持与第二夹具21以及与其电分离的接触区域36A的适当距离。

第二夹具21(也见图9)也具有基本上细长的形状，具有横向延伸到第一夹具20的主要部分20A的相应主要部分21A。

第二夹具21的主要部分21A在第二和第四器件28.2，28.4的源极焊盘31(图6)上方延伸并与其直接电接触。

第二夹具21还具有在源极接触区域36E(图7)的高度处相对于相应的主要部分21A横向延伸的自身突起21B，并且与后者直接电接触。

如上所述，这里的第二夹具21具有自己的翼部21C，该翼部21C在其端部附近相对于相应的主要部分21A横向延伸。如已经提到的，第二夹具21的翼部21C在这里与第一夹具20的翼部20B重叠和一致。

连接部分21D在第一夹具20的连接部分20D上方，在其自身的翼部21C和第二功率引脚16之间延伸。

此外，功率引脚15，16也部分地重叠，从而减小功率模块2的电感。

如图3所示，第一和第二功率引脚15，16的重叠部分被封装9的突出部分4A包围，该突出部分4A也在这些重叠部分之间延伸，以确保其电绝缘。此外，以不可见的方式，封装件9的材料还在第一和第二夹具20，21的翼部20B和21B之间延伸，使它们彼此电绝缘。

特别如图4所示，第二夹具21也具有三维形状，这允许第二夹具21与第二和第四器件28.2，28.4的源极焊盘31直接电接触，从而绕过栅极焊盘32，并且与源极接触区域36E(图6，7)直接电接触，并且保持距第一夹具20和距其电分离的接触区域36A的适当距离。

实际上，除了突起20B，21B之外，图8和9中所示的第一和第二夹具20，21具有相对于功率模块2的中间竖直轴线A(图6)基本对称的平面形状。

第三夹具22(也见图10)在这里比第一和第二夹具20，21短，并且基本上仅包括与第二导电层36的主区域36A直接电接触的两个部分22A和将第三夹具22的部分22A耦合到第三功率引脚17的横向部分22B。

夹具20－22可以烧结或焊接到电子功率器件28和接触区域36A，36D和36E。

显然，夹具20－21的确切几何形状可以与所示的大不相同，只要它们允许上述的电耦合。

例如，第一和第二夹具20，21也可以至少部分地在大部分主要部分20A，21A上重叠。

例如，图15和图16示出了具有沿基板27的垂直中心线(沿图6的中间垂直轴线A)延伸的主要部分20A，21A的夹具20，21。根据以上所述，它们还具有用于接触电子功率器件28的焊盘的突出部分20E，21E。

可替代地，主部分20A，21A中只有一个可以沿着图6的中间竖直轴线A居中地延伸。

根据另一种结构，突起20B和/或21B可以至少部分地平行于或根据相对于各个主要部分20A，21A的不同角度延伸，如图16所示。

然而，对于本领域技术人员显而易见的是，上述仅表示夹具20－22的形状和构造的无数变型中的一些。

类似的考虑也适用于接触区域36A－36G，接触区域36A－36G的形状和位置可以相对于已经描述和示出的显著变化，也与夹具20－22的形状和布置相结合。

信号连接25可以如在以申请人的名义于2022年4月4日提交的题为“Power modulehaving leadframe－less signal connector，specific for automotive applications，and assembling method thereof”的意大利专利申请102022000006617中所描述的那样制成。

特别地，在图4中，信号连接25在这里各自由支柱部分25A和外部部分25B形成，支柱部分25A直接附接到第二导电层36的接触区域36A－36G，并且与封装9的顶表面6大致水平地终止，外部部分25B与支柱部分25A(图3)连续地从封装9突出。

柱部分25A可以通过焊接，使用或不使用填充材料(焊接soldering，焊接welding和烧结)，或使用导电胶附接到接触区域36A－36G。

外部部分25B是信号引脚，并且可以与柱部分25A是一体的并且焊接或装配到其上，并且可以根据所考虑的连接类型而具有不同的形状。

在图2－图10的功率模块2中提供了八个信号连接25，即(参见图5)：第一信号连接25.1，连接到漏极接触区域36D，然后通过第一夹具20的凸起20B与第一和第三器件28.1，28.3的漏极焊盘30耦合；第二信号连接25.2，其附接到第一栅极接触区域36B并通过后者耦合到第一和第三器件28.1，28.3的栅极焊盘32，以提供图1的半桥电路1的第一开关信号；第三信号连接25.3，其连接到主区域36A的外围部分，然后耦合到第一和第三器件28.1，28.3的源极焊盘31以及第二和第四器件28.2，28.4的漏极焊盘30；第四信号连接25.4，其附接到第一热接触区域36F；第五信号连接25.5，其附接到所述第二热接触区域36G；第六信号连接25.6，其附接到与第三信号连接25.3相对的主区域36A的另一外围部分，并与后者耦合；第七信号连接25.7，附接到第二栅极接触区域36C并通过导线38耦合到第二和第四器件28.2，28.4的栅极焊盘32，以提供图1的半桥电路1的第二开关信号；以及第八信号连接25.8，其附接到源极接触区域36E并通过第二夹具21的突起21B耦合到第二和第四器件28.2，28.4的源极焊盘31。

信号连接25.2，25.3，25.6和25.8表示相对于功率引脚15－17的附加连接，并且用于在功率模块2的操作期间控制功率模块2。

温度传感器40在此附接到基板27。例如，温度传感器40是具有SMD封装件的NTC类型，并且通过第一和第二热接触区域36F，36G连接到第六和第七信号连接25.6，25.7。

功率模块2可以适用于由不同数目的电子功率器件28形成的半桥电路，具有第二导电层36和夹具20－21的布局的简单适配。

例如，图11A－图11D示出了在由一个、两个、四个和八个电子功率器件28实现的情况下图1的顶部晶体管3的部分的可能布局。图1的半桥电路1的底部晶体管4的部分的相应布局可以通过类似于图4－图7来获得。

图11A涉及通过单个电子功率器件28实现图1的顶部晶体管3。如图7所示，该布置与第一栅极接触区域36B的一半的配置(关于第三器件28.3)基本上没有不同。因此，各个区域用相同的附图标记表示。特别地，这里，第一栅极接触区域36B是L形的。

图11B涉及通过两个电子功率器件28实现图1的顶部晶体管3。此布置大体上对应于图7的第一栅极接触区域36B的配置，并且明确地说，涉及第一和第三器件28.1，28.3。因此，各个区域用相同的附图标记表示。特别地，这里，第一栅极接触区域36B是T形的。

图11C涉及通过四个电子功率器件28实现图1的顶部晶体管3。除了第一栅极接触区域36B的分支(其现在由正方形中心区域和将其与基板37的外围接合的柄36B1形成)之外，在旋转90°并翻转之后，此布置大致由图11B的结构的双倍(doubling)。然而，为了说明清楚起见，各个区域再次用相同的附图标记表示。

图11D涉及通过八个电子功率器件28实现图1的顶部晶体管3。在旋转90°并翻转之后，这种布置大致导致图11C的结构双倍，并且第一栅极接触区域36B现在包括通过连接部分36B3连接的两个正方形的中心区域36B2。第一栅极接触区域36B可以通过导线或夹具与基板37的外围耦合，或者通过类似于图4的信号连接25的信号连接直接连接到外部。

对于其余部分，同样在这里，各个区域仍然用相同的附图标记表示。

图12A示出了当图1的半桥电路1的每个功率MOSFET晶体管2，3由三个功率器件28形成时的功率模块2的可能配置。

在图12A中，为了便于理解，使用了与图2－10相同的附图标记；相对于前面的图的另外的功率器件28在这里表示为第五器件28.5(形成顶部晶体管3的一部分)和第六器件28.6(形成底部晶体管4的一部分)。

第五和第六器件28.5，28.6在这里分别与第二和第四器件28.3，28.4相邻地布置和定向。

此外，这里，形成图1的半桥电路1的顶部晶体管3的三个器件28.1，28.3，28.5在第一半(图12A中的左边)中彼此对准地布置，并且形成图1的半桥电路1的底部晶体管4的三个器件28.2，28.4，28.6在第二半(图12A中的右边)中彼此对准地布置。

此外，第一栅极接触区域36B具有用于连接第五器件28.5的栅极焊盘32(在图12A中的虚影中可见)的另一分支；接触区域36和夹具20－22的形状被稍微修改，以允许以本领域技术人员容易理解的方式接触第五和第六器件28.5，28.6。

图12B示出了当图1的半桥电路1的每个功率MOSFET晶体管2，3由四个功率器件28形成时的功率模块2的可能配置，当涉及图1的半桥电路1的顶部晶体管3时也表示为功率器件28(3)，当涉及底部晶体管4时表示为功率器件28(4)。

除了第一栅极接触区域36B之外，每个功率MOSFET晶体管3，4(图1)的四个器件28(3)，28(4)基本上如图11C所示布置，第一栅极接触区域36B与图11B的第一栅极接触区域36B类似地双倍和翻转，并且布置在形成图1的半桥电路1的顶部晶体管3的四个器件28(3)的组的中心。

另一方面，第二栅极接触区域36C具有任何形状，例如矩形，在此布置在形成图1的半桥电路1的底部晶体管4的四个器件28(4)的组的中心。

此外，这里，信号连接25相对于每组四个器件28布置在中心，并且不再接近基板27的侧表面5C，5D，如图2－图12A所示。

图13和图14示出了功率模块的另一实施例(这里由102表示)，其中功率MOSFET晶体管的位置相对于图4－图12B是反转的。因此，在图13和图14中，与图4－图12B相同的部件由增加100的附图标记表示。

这里，第一和第三器件(表示为128.1，128.3并形成图1的半桥电路1的顶部晶体管3)布置在图13，图14的右半部分中，第二和第四器件(表示为128.2，128.4并形成图1的半桥电路1的底部晶体管4)布置在图13，图14的左半部分中。

在这种情况下，图4－图7的主区域36A在图13，图14中的中间竖直轴线A的右侧和左侧分别被分成两部分(第一和第二半区域136A1，136A2)。

因此，在功率模块102中，第一和第三器件128.1，128.3以它们自己的具有漏极焊盘30的第一主面附接到第一半区域136A1；第二和第四器件128.2，128.4以它们自己的具有源极31和栅极32焊盘的第二主面附接到第二半区域136A2。

此外，在此，第一夹具(由120指示)较短并且被附接至封装件件9的第一侧表面5A附近的第二半区域136A2(图3)；第二夹具(由121表示)也较短，并且附接到第一半区域136A1，也在封装件9的第一侧表面5A附近(图14)；第三夹具(由122表示)相对于图4－图9较长，并且具有基本上细长的形状，其与第一和第三器件28.1，28.3的源极焊盘31(图14)以及第二和第四器件28.2，28.4的漏极焊盘30直接电接触。

这里，第一和第二夹具120，121可以具有相对于中间竖直轴线A(图14)精确对称的平面形状。

对于其余部分，可以以完全类似于功率模块2的方式提供功率模块102；特别地，接触区域的布局(这里表示为136B－136G，除了136A1，136A2之外)可以具有图7，11A－12B中所示的那些中的任何形状，这也取决于形成功率MOSFET晶体管3，4的电子功率器件128的数目。

在此描述的功率模块具有许多优点。

特别地，基板27的第二导电层36具有非常简单的布局，其允许电子功率器件28的对称布置，而没有彼此交叉的连接，具有短的栅极，源极和漏极连接路径，从而减小尺寸和寄生电感。它具有低形状因子，这允许高功率密度，提供电耦合的高可靠性。

以这种方式，本功率模块具有与当前可获得的半桥电路的尺寸相当的尺寸，其中每个功率MOSFET晶体管2，3由单个电功率器件28形成。

相同的基板27可用于不同尺寸的电子功率器件28，提供高的可缩放性，保持引脚输出配置，从而允许同一族模块的即插即用应用。

特别地，本模块允许如图12A所示的垂直可缩放性和如图12B所示的水平可缩放性。

如果导线38由焊接在栅极焊盘32和第二栅极接触区域36C之间的小夹具代替，则所述功率模块2，102允许减少接合线或者完全消除它们。

此外，它允许用于顶部和底部晶体管2，3的对称电流路径，从而均衡电子功率器件28的开关速度。最后但并非最不重要的是，本功率模块具有短且简单的材料清单(BOM)，并且因此可以低成本制造。

最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以对本文描述和示出的功率模块进行修改和变化。例如，所描述的不同实施例可以被组合以提供进一步的解决方案。

此外，连接和夹具的布局可以容易地适用于形成功率MOSFET晶体管2，3的任何数目的电子功率器件28。

信号连接25的形状可以改变，特别是可以使用标准引脚。

本功率模块可以耦合到单侧或双侧冷却系统。

如果需要两相或更多相，则半桥结构可以双倍或双倍。

在一个实施例中，功率模块(2)可以被概括为包括：支撑件(35)；第一控制接触区域(36B；136c)，在支撑件上；第二控制接触区域(36C；136b)，在支撑件上；第一电子功率器件(28.1；128.1)具有第一主面和第二主面，第一主面上的第一导电焊盘(30)，第二主面上的第二导电焊盘(31)和第二主面上的控制焊盘(32)；第二电子功率器件(28.2；128.2)具有第一主面和第二主面，第一主面上的第一导电焊盘(30)，第二主面上的第二导电焊盘(31)和第二主面上的控制焊盘(32)；第一夹具(20；121)；第二夹具(21；120)；第三夹具(22；122)；以及封装(9)，其嵌入所述支撑件、所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件，以及部分地嵌入所述第一夹具、所述第二夹具和所述第三夹具。第一电子功率器件(28.1；128.1)具有电耦合至第一夹具(20；121)的第一导电焊盘片(30)。所述第二导电焊盘(31)电耦合到第一夹具，并且控制焊盘(32)被耦合到第一控制接触区域(36B；136C)。第二电子功率器件具有电耦合到所述第三夹具(22；122)的第一导电焊盘(30)，具有耦合到所述第一控制接触区域(36B；136C)的所述控制焊盘(32)。第二电子功率器件(28.2；128.2)具有电耦合到所述第三夹具(22；122)的第一导电焊盘和电耦合到第二夹具(21；120)的第二导电焊盘(31)，并且所述控制焊盘(32)耦合到所述第二控制接触区域(36C；136b)。第一和第二电子功率器件形成半桥电路(1)。

第一电子功率器件(28.1；128.1)可相对于第二电子功率器件(28.2；128.2)围绕在第一和第二电子功率器件之间延伸的支撑中轴线(A)被翻转。

所述功率模块还可以包括第三电子功率器件(28.3；128.3)和第四电子功率器件(28.4；128.4)。所述第三电子功率器件(28.3；128.3)具有第一主面和第二主面，在第一主面上的第一导电焊盘(30)，在第二主面上的第二导电焊盘(31)和在第二主面上的控制焊盘(32)。第四电子功率器件(28.4；128.4)具有第一主面和第二主面，第一主面上的第一导电焊盘(30)，第二主面上的第二导电焊盘(31)和第二主面上的控制焊盘(32)。第三电子功率器件(28.3；128.3)使所述第二导电焊盘(31)电耦合到所述第三夹具(22；122)，第一导电焊盘(30)电耦合到第一夹具(20；121)，并且使控制焊盘耦合至所述第一控制接触区域(36B；136C)。第四电子功率器件(28.4；128.4)具有电耦合到所述第三夹具(22；122)的第一导电焊盘(30)，电耦合到第二夹具(21；120)的第二导电焊盘片(31)，以及耦合至所述第二控制接触区域(36C；136b)的控制焊盘(32)。

第三电子功率器件(28.3；128.3)可相对于第四电子功率器件(28.4；128.4)围绕支撑件中轴线(A)被翻转。

功率模块还可以包括将第二电子功率器件(28.2)的控制焊盘(32)耦合到第二控制接触区域(36C)的金属导电体(38)。

功率模块还可以包括将第一电子功率器件(128.1)的控制焊盘(32)耦合到第一控制接触区域(136C)的金属导电体(38)。

第一和第二夹具(20，21；121，120)可以形成从所述封装(4)的第一侧(5A)突出的相应功率引脚(15,16)，并且所述第三夹具(22；122)具有从封装(4)的与第一侧(5A)相对的第二侧(5B)突出的相应功率引脚(17)。

第一和第二夹具(20，21；121；120)可以具有相互叠加并且通过封装(4)彼此电绝缘的部分(20C，21C，20D，21D)。

功率模块还可以包括耦合到第一控制接触区域(36B)的第一栅极连接元件(25.2)和耦合到第二控制接触区域(36C)的第二栅极连接元件(25.7)。第一和第二栅极连接元件(25.2，25.7)横向于支撑件(35)延伸，并具有从封装(9)的主表面(6)突出的相应端部(25B)。

封装件的第一和第二侧可以横向于封装件(9)的主表面(6)延伸。

功率模块还可以包括相接触区域(36A)，该相接触区域(36A)在支撑件(35)上延伸并电耦合到第三夹具。第一电子功率器件(28.1)可以具有面向支撑件的第二主面和电耦合到相接触区域的第二导电焊盘(31)。第二电子功率器件(28.2)可以具有面向支撑件的第一主面和电耦合到相接触区域的第一导电焊盘(30)。第一夹具(20)可以覆盖第一电子功率器件(28.1)的第一主面，并且可以耦合到第一电子功率器件的第一导电焊盘(30)。第二夹具(21)覆盖第二电子功率器件(28.2)的第二主面，并且可以耦合到第二电子功率器件的第二导电焊盘(31)。

功率模块还可以包括电耦合到第一夹具(121)的支撑件(35)的第一导电接触区域(136A)和电耦合到第二夹具(120)的支撑件(35)上的第二导电接触区域(136B)。第一电子功率器件(128.1)可以具有面向支撑件的第一主面，并且第一导电焊盘(30)可以电耦合到第一导电接触区域(136A)。第二电子功率器件(128.2)可以具有面向支撑件(35)的第二主面，并且第二导电焊盘(31)可以电耦合到第二导电接触区域(136B)。第三夹具(122)可以具有第一电子功率器件(128.1)的第二主面和第二电子功率器件(128.2)的第一主面，并且可以耦合到第一电子功率器件的第二导电焊盘(31)和第二电子功率器件(128.2)的第一导电焊盘(30)。

该功率模块可以进一步包括通过该支撑件(35)上的第一辅助接触区域(36D)耦合到该第一夹具(20)上的第一辅助连接元件(25.1)，通过该支撑件(35)上的第二辅助接触区域(36E)耦合到该第二夹具(21)上的第二辅助连接元件(25.8)，以及通过该支撑件(35)上的该相接触区域(36A)耦合到该第三夹具(22)上的第三辅助连接元件(25.3，25.6)。第一，第二和第三辅助连接元件横向于支撑件(35)延伸，并具有从封装件(9)的主表面(6)突出的相应部分。

所述支撑件(35)，所述第一控制接触区域(36B；136C)和第二控制接触区域(36C；136B)可以是多层基板(27)的一部分，该多层基板包括形成第一控制接触区域(36B)和第二控制接触区域(36C)的第一导电层(36)，形成面向功率模块(2)的外表面的散热元件的第二导电层(8)，以及插入在第一和第二导电层之间并形成支撑件(35)的绝缘层(35)。

第一和第二电子功率器件(128.1，128.2)可以是功率MOSFET。

本公开的一个实施例提供了一种具有半桥拓扑的功率模块，其克服了现有技术的一些缺点。

在一个实施例中，功率模块包括支撑件，支撑件上的第一控制接触区域和支撑件上的第二控制接触区域。该功率模块包括具有第一主面和第二主面的第一电子功率器件，第一主面上的第一导电焊盘，第二主面上的第二导电焊盘和第二主面上的控制焊盘。该功率模块包括具有第一主面和第二主面的第二电子功率器件，第一主面上的第一导电焊盘，第二主面上的第二导电焊盘和第二主面上的控制焊盘。功率模块包括第一夹具，第二夹具和第三夹具。功率模块包括嵌入支撑件、第一和第二电子功率器件以及部分地嵌入第一、第二和第三夹具的封装。所述第一电子功率器件具有电耦合至第一夹具的第一导电焊盘；所述第二导电焊盘电耦合到所述第三夹具，并且所述控制焊盘耦合到所述第一控制接触区域。第二电子功率器件具有电耦合到第三夹具的第一导电焊盘，电耦合到第二夹具的第二导电焊盘，以及耦合到第二控制接触区域的控制焊盘。第一和第二电子功率器件形成半桥电路。

在一个实施例中，一种方法包括：将第一电子功率器件的第一导电焊盘电耦合到第一夹具，所述第一夹具耦合到具有第一接触区域和第二接触区域的支撑件；将所述第一电子器件的第二导电焊盘电耦合到耦合到所述支撑件的第二夹具；以及将所述第一电子器件的控制焊盘耦合到所述第一控制接触区域。该方法包括将第二电子功率器件的第一导电焊盘电耦合到第二夹具，将第二电子功率器件的第二导电焊盘电耦合到耦合到支撑件的第三夹具，以及将第二电子功率器件的控制焊盘耦合到第二控制接触区域，其中第一和第二电子功率器件形成半桥电路。

在一个实施例中，功率模块包括支撑件和半桥电路，该支撑件包括第一夹具，第二夹具，第三夹具，第一接触区域和第二接触区域。该半桥电路包括第一电子器件，该第一电子器件具有耦合到第一夹具的第一导电焊盘，电耦合到第二夹具的第二导电焊盘，以及耦合到第一控制接触区域的控制焊盘。该半桥电路包括第二电子器件，该第二电子器件具有电耦合到第二夹具的第一导电焊盘，电耦合到第三夹具的第二导电焊盘，以及耦合到第二控制接触区域的第二电子器件的控制焊盘。

本公开的一方面提供了一种方法，包括：将第一电子功率器件的第一导电焊盘电耦合到第一夹具，所述第一夹具耦合到具有第一接触区域和第二接触区域的支撑件；将所述第一电子器件的第二导电焊盘电耦合到第二夹具，所述第二夹具耦合到所述支撑件；将所述第一电子器件的控制焊盘耦合到所述第一控制接触区域；将第二电子功率器件的第一导电焊盘电耦合到所述第二夹具；将所述第二电子器件的第二导电焊盘电耦合到第三夹具，所述第三夹具耦合到所述支撑件；以及将所述第二电子器件的控制焊盘耦合到所述第二控制接触区域，其中所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件形成半桥电路。

根据一个或多个实施例，方法包括：将所述支撑件、所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件封装在封装件中；以及部分地封装所述第一夹具、所述第二夹具和所述第三夹具。

根据一个或多个实施例，其中：所述第一电子功率器件具有第一主面和第二主面、在所述第一主面上的所述第一导电焊盘、在所述第二主面上的所述第二导电焊盘、以及在所述第二主面上所述控制焊盘；以及所述第二电子功率器件具有第一主面和第二主面、在所述第一主面上的所述第一导电焊盘、在所述第二主面上的所述第二导电焊盘、以及在所述第二主面上的所述控制焊盘。

根据上述详细描述，可以对实施例进行这些和其它改变。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制到在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求被授权的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (17)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

支撑件；

第一控制接触区域，在所述支撑件上；

第二控制接触区域，在所述支撑件上；

第一电子功率器件，具有第一主面和第二主面、所述第一主面上的第一导电焊盘、所述第二主面上的第二导电焊盘和所述第二主面上的控制焊盘；

第二电子功率器件，具有第一主面和第二主面、所述第一主面上的第一导电焊盘、所述第二主面上的第二导电焊盘和所述第二主面上的控制焊盘；

第一夹具；

第二夹具；

第三夹具；以及

封装件，嵌入所述支撑件、所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件，并且封装件部分地嵌入所述第一夹具、所述第二夹具和所述第三夹具，

其中所述第一电子功率器件具有电耦合到所述第一夹具的第一导电焊盘、电耦合到所述第三夹具的所述第二导电焊盘、以及耦合到所述第一控制接触区域的所述控制焊盘；以及

所述第二电子功率器件具有电耦合到所述第三夹具的所述第一导电焊盘、电耦合到所述第二夹具的所述第二导电焊盘、以及耦合到所述第二控制接触区域的所述控制焊盘；

所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件形成半桥电路。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一电子功率器件相对于所述第二电子功率器件围绕在所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件之间延伸的支撑中轴线被翻转。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，进一步包括第三电子功率器件和第四电子功率器件；

所述第三电子功率器件具有第一主面和第二主面、所述第一主面上的第一导电焊盘、所述第二主面上的第二导电焊盘和所述第二主面上的控制焊盘；

所述第四电子功率器件具有第一主面和第二主面、所述第一主面上的第一导电焊盘、所述第二主面上的第二导电焊盘和所述第二主面上的控制焊盘；

所述第三电子功率器件具有电耦合到所述第三夹具的所述第二导电焊盘、电耦合到所述第一夹具的所述第一导电焊盘以及耦合到所述第一控制接触区域的所述控制焊盘；以及

所述第四电子功率器件具有电耦合到所述第三夹具的所述第一导电焊盘、电耦合到所述第二夹具的所述第二导电焊盘、以及耦合到所述第二控制接触区域的所述控制焊盘。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第三电子功率器件相对于所述第四电子功率器件围绕支撑中轴线被翻转。

5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括金属导电体，所述金属导电体将所述第二电子功率器件的所述控制焊盘耦合到所述第二控制接触区域。

6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括金属导电体，所述金属导电体将所述第一电子功率器件的所述控制焊盘耦合到所述第一控制接触区域。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一夹具和所述第二夹具形成从所述封装件的第一侧突出的相应功率引脚，并且所述第三夹具具有从所述封装件的与所述第一侧相对的第二侧突出的相应功率引脚。

8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述第一夹具和所述第二夹具具有彼此叠加并且通过所述封装件彼此电绝缘的部分。

9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，进一步包括：

第一栅极连接元件，耦合到所述第一控制接触区域；以及

第二栅极连接元件，耦合到所述第二控制接触区域；

所述第一栅极连接元件和所述第二栅极连接元件横向于所述支撑件延伸并且具有从所述封装件的主表面突出的相应端部。

10.根据权利要求9所述的功率模块，其特征在于，所述第一夹具和所述第二夹具形成从所述封装件的第一侧突出的相应功率引脚，并且所述第三夹具具有从所述封装件的与所述第一侧相对的第二侧突出的相应功率引脚，其中所述封装件的所述第一侧和所述第二侧横向于所述封装件的所述主表面延伸。

11.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，进一步包括相接触区域，所述相接触区域在所述支撑件上延伸并且电耦合到所述第三夹具；

其中所述第一电子功率器件具有面向所述支撑件的所述第二主面和电耦合到所述相接触区域的所述第二导电焊盘；

所述第二电子功率器件具有面向所述支撑件的所述第一主表面，所述第一导电焊盘电耦合到所述相接触区域；

所述第一夹具覆盖所述第一电子功率器件的所述第一主表面并且被耦合到所述第一电子功率器件的所述第一导电焊盘，以及

所述第二夹具覆盖所述第二电子功率器件的所述第二主面，并且被耦合到所述第二电子功率器件的所述第二导电焊盘。

12.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，进一步包括：

所述支撑件上的第一导电接触区域，所述第一导电接触区域电耦合到所述第一夹具；以及

所述支撑件上的第二导电接触区域，所述第二导电接触区域电耦合到所述第二夹具；

其中所述第一电子功率器件具有面向所述支撑件的所述第一主表面，并且所述第一导电焊盘被电耦合到所述第一导电接触区域；

所述第二电子功率器件具有面向所述支撑件的所述第二主面，并且所述第二导电焊盘被电耦合到所述第二导电接触区域；

所述第三夹具面向所述第一电子功率器件的所述第二主面和所述第二电子功率器件的所述第一主面，并且所述第三夹具被耦合到所述第一电子功率器件的所述第二导电焊盘和所述第二电子功率器件的所述第一导电焊盘。

13.根据权利要求11所述的功率模块，其特征在于，进一步包括：

第一辅助连接元件，所述第一辅助连接元件通过所述支撑件上的第一辅助接触区域耦合到所述第一夹具；

第二辅助连接元件，所述第二辅助连接元件通过所述支撑件上的第二辅助接触区域耦合到所述第二夹具；以及

第三辅助连接元件，所述第三辅助连接元件通过所述支撑件上的所述相接触区域耦合到所述第三夹具，

所述第一辅助连接元件、所述第二辅助连接元件和所述第三辅助连接元件横向于所述支撑件延伸并且具有从所述封装件的主表面突出的相应部分。

14.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述支撑件、所述第一控制接触区域和所述第二控制接触区域是多层基板的一部分，所述多层基板包括：形成所述第一控制接触区域和所述第二控制接触区域的第一导电层，形成面向所述功率模块的外表面的散热元件的第二导电层，以及插置在所述第一导电层和所述第二导电层之间并且形成所述支撑件的绝缘层。

15.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一电子功率器件和所述第二电子功率器件是功率MOSFET。

16.一种功率模块，其特征在于，包括：

支撑件，包括第一夹具、第二夹具、第三夹具、第一接触区域、以及第二接触区域；以及

半桥电路，包括：

第一电子器件，具有耦合到所述第一夹具的第一导电焊盘，电耦合到所述第二夹具的第二导电焊盘，以及耦合到所述第一接触区域的控制焊盘；以及

第二电子器件，具有电耦合到所述第二夹具的第一导电焊盘、电耦合到第三夹具的第二导电焊盘、以及耦合到所述第二接触区域的所述第二电子器件的控制焊盘。

17.根据权利要求16所述的功率模块，其特征在于，包括封装件，所述封装件嵌入所述支撑件以及所述第一电子器件和所述第二电子器件并且部分地嵌入所述第一夹具、所述第二夹具和所述第三夹具。